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TECNOLOGIAS VIÁRIAS DE ESTRADA DE RODAGEM Eng. David Grubba INTRODUÇÃO 1) Introdução 2) Escolha do Traçado 3) Elementos Básicos para o Projeto Geométrico 4) Curvas Horizontais Circulares 5) Curvas Horizontais de Transição 6) Seção Transversal 7) Superelevação e Superlargura 8) Curvas Verticais 9) Introdução ao Projeto de Terraplenagem PROGRAMA DO CURSO DER/SP (2006). Notas Técnicas de Projeto Geométrico. 185p. Disponível em: http://www.der.sp.gov.br/ AASHTO (2004). A Policy on Geometric Design of Highways and Streets. Washington DC, American Association of Highway and Transportation Officials. 896p. DNIT (2006). Diretrizes Básicas para Elaboração de Estudos e Projetos.. , 484p. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normasmanuaisoutros/manuais.html. PIMENTA, C. R. T; OLIVEIRA, M. P. (2004). Projeto Geométrico de Rodovias. 2 ed. São Carlos, Rima Editora. BIBLIOGRAFIA DNER (1999). Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais. Rio de Janeiro, 195p. Disponível em: http://ipr.dnit.gov.br/normasmanuaisoutros/manuais.html. 2 – TRAÇADO Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba 1.1 INTRODUÇÃO O traçado de uma rodovia é constituído por trechos retos e trechos curvos alternadamente. Os trechos retos são denominados tangentes e os curvos, curvas horizontais. 1.1 INTRODUÇÃO Uma forma de definir o traçado é acomodar as tangentes no terreno, em função da topografia e demais obstáculos existentes, e depois concordá-las por meio de curvas. 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS Os principais fatores que influenciam na escolha do traçado são: Topografia da região; Questões ambientais; Condições geológicas e geotécnicas do terreno; Hidrografia da região; Desapropriações ao longo da faixa de domínio; Pontos obrigatórios de passagem. Primeiramente, toma-se a linha que une os dois pontos extremos da estrada (Diretriz da Estrada) e analisam-se os problemas que esse traçado teria. 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS Diretriz da Estrada Pontos de Passagem C A Cidade A B Cidade B Curva Condições geológicas e geotécnicas do terreno Solo Mole Topografia da Região Reservas Ambientais Quando a declividade de uma região for íngreme, de modo que não seja possível lançar o eixo da Estrada com declividades inferiores aos valores admissíveis, deve se buscar traçados alternativos H L i = 100xH L 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS a)Traçado acompanhando as curvas de nível Quando o traçado acompanha as curvas de nível há uma redução significativa dos volumes de terraplenagem. 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS b) Traçado cruzando o espigão Quando o eixo da estrada tiver que cruzar um espigão (elevação alongada, parte mais alta de uma montanha, linha de cumeada), deve fazê-lo nos seus pontos mais baixos, ou seja, nas gargantas. 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS d) Estreitamento do rio 1.2 ESCOLHA DE TRAÇADOS Estreitamento Traçado 1.3 EXERCÍCIO Levantamento topográfico – curvas de nível 1.4 EXEMPLO DE TRAÇADO Rodovia A Rodovia B 1.4 EXEMPLO DE TRAÇADO Representação Digital do Terreno – 3D 1.4 EXEMPLO DE TRAÇADO Representação Digital do Terreno – 3D 1.4 EXEMPLO DE TRAÇADO 1.4 EXEMPLO DE TRAÇADO Exemplo de Traçado de Rodovia 1.5 REPRESENTAÇÃO GRÁFICA DO PROJETO 1.6 EXEMPLO DE PLANTA Representação do eixo Estacas 1.7 EXEMPLO DE PERFIL Cotas Estacas Pontos Notáveis Esquema do Alinhamento Horizontal Perfil do Terreno Greide da rodovia 1.8 EXEMPLO DE SEÇÃO TRANSVERSAL 1.8 EXEMPLOS DE NOTAS DE SERVIÇO 3 - ELEMENTOS BÁSICOS PARA O PROJETO Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba 3.1 INTRODUÇÃO É a parte do projeto que estuda as diversas características geométricas do traçado em função de: PROJETO GEOMÉTRICO DE ESTRADAS • Leis do movimento • Comportamento do motorista • Características de operação Rodovia SEGURA, CONFORTÁVEL e EFICIENTE, com o MENOR CUSTO POSSÍVEL 3.1 INTRODUÇÃO Características geométricas inadequadas causam QUAL O IMPACTO DE UM PROJETO MAL FEITO? Acidentes Obsolescência precoce da estrada 3.1 INTRODUÇÃO QUAL O IMPACTO DE UM PROJETO MAL FEITO? A escolha de boas características geométricas nem sempre acarreta grandes acréscimos no custo de construção. 3.1 INTRODUÇÃO Alterações na estrada depois de construída, como alargamento da plataforma ou redução de rampas, implicam na perda de vários outros serviços, gerando altos custos. QUAL O IMPACTO DE UM PROJETO MAL FEITO? 3.2 VELOCIDADES O TEMPO DE VIAGEM é um fator muito importante na escolha de um determinado meio de transporte por um usuário.É fundamental que a estrada dê condições para que os usuários possam desenvolver, de forma segura, VELOCIDADES COMPATÍVEIS com suas expectativas. 3.2 VELOCIDADES A VELOCIDADE QUE UM VEÍCULO APRESENTA DEPENDE: Motorista Veículo Rodovia 3.2 VELOCIDADES Em uma estrada há veículos trafegando em velocidades diferentes. Assim, destacam-se três conceitos de velocidade: Velocidade Máxima Permitida (VMáx, Perm) Velocidade de Projeto (Vp) Velocidade Média de Percurso (Vm) 3.2.1 VELOCIDADE MÁXIMA PERMITIDA A velocidade máxima permitida para a via será indicada por meio de sinalização, obedecidas suas características técnicas e as condições de trânsito. § 1º Onde NÃO EXISTIR SINALIZAÇÃO regulamentadora, a velocidade máxima será de: I – VIAS URBANAS: a) 80 km/h, nas vias de trânsito rápido: b) 60 km/h, nas vias arteriais; c) 40 km/h, nas vias coletoras; d) 30 km/h, nas vias locais; II - RODOVIAS a) 110 km/h para automóveis, camionetas e motocicletas; b) 90 km/h, para ônibus e microônibus; c) 80 km/h, para os demais veículos; CÓDIGO DE TRÂNSITO BRASILEIRO Artigo 61 3.2.1 VELOCIDADE MÁXIMA PERMITIDA •§ 2º O órgão ou entidade de trânsito ou rodoviário com circunscrição sobre a via poderá regulamentar, por meio de SINALIZAÇÃO, VELOCIDADES SUPERIORES OU INFERIORES àquelas estabelecidas no parágrafo anterior. CÓDIGO DE TRÂNSITO BRASILEIRO Artigo 61 3.2.2 VELOCIDADE DE PROJETO A velocidade de projeto está associada à função da rodovia. Rodovias importantes justificam altos valores de velocidade de projeto, enquanto as de menor importância devem ter velocidades mais baixas. Velocidade de Projeto é maior velocidade que um veículo-padrão pode desenvolver, em um trecho de rodovia, em condições normais, com segurança. Velocidades altas implicam em rodovias de: Melhor padrão; Maior Custo. 3.2.2 VELOCIDADE DE PROJETO Todas as características geométricas terão de ser definida de forma que a rodovia, em todos seus pontos ofereça segurança ao usuário que a percorra na velocidade estabelecida. CLASSE DE PROJETO VELOCIDADE DE PROJETO (km/h) TOPOGRAFIA PLANA ONDULADA MONTANHOSA 0 120 100 80 I 100 80 60 II 100 70 50 III 80 60 40 IV 80 - 60 60 - 40 40 - 30 Fonte: Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais (DNER, 1999). V e lo c id a d e d e P ro je to P a d rã o d a R o d o v ia 3.2.3 VELOCIDADE MÉDIA DE PERCURSO Velocidade Média de Percurso é a média das velocidades de todo tráfego ou de parte dele. É obtida dividindo-se a somatória das distâncias percorridas pela somatória dos tempos de percurso. Melhores características geométricas e maior segurançaencorajam os motorista a adotar velocidades maiores. Além disso, a quantidade de veículos circulando pela estrada também influência sobre a velocidade escolhida pelos motoristas. 3.2.3 VELOCIDADE MÉDIA DE PERCURSO 0 50 20 40 60 80 100 120 70 90 110 130 Velocidade de Projeto (km/h) V e lo c id a d e d e O p e r a ç ã o ( k m / h ) Volume Próximo da Capacidade Volume Intermediário Baixo Volume 3.3 DISTÂNCIA DE VISIBILIDADE Distância de Visibilidade é a distância que pode ser vista à frente pelo motorista. A segurança de uma estrada está diretamente relacionada com a visibilidade que ela oferece. Cuidados especiais devem ser tomados, de forma que todos os veículos que vão entrar nas correntes de tráfego possam SER VISTOS a uma distância suficientemente segura. Alguns valores mínimos devem ser respeitados: (Df) Distância de Visibilidade de Frenagem; (Du) Distância de Visibilidade de Ultrapassagem. 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM Distância de Visibilidade de Frenagem é a distância que permita ao motorista desviar ou parar diante de qualquer obstáculo que possa surgir. Df = d1+d2 d1 é a distância percorrida pelo veículo durante o tempo de reação. d2 é a distância percorrida pelo veículo durante a frenagem. Será que a distância é suficiente para freiar? 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM A distância foi pouca... 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM Tempo de frenagem Tempo de percepção e reação (2,5s) 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM Obs.: Adotando tempo de reação igual a 2,5 segundos e a força que freia o veículo como sendo constante durante toda a frenagem. Df = distância de frenagem (m) V = velocidade do veículo (km/h). tr = tempo de reação (s). f = coeficiente de atrito longitudinal Df, desejável = f(Vp) Df, mínima = f (VMP) 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM Vp (km/h) Vm (km/h) Tempo de Reação Coeficiente de Atrito (f) Distância de frenagem (m) Desejável Mínima 40 40 2,5 0,38 29,8 29,8 60 55 2,5 0,33 84,5 74,3 80 70 2,5 0,30 139,2 112,7 100 85 2,5 0,29 204,5 156,7 120 98 2,5 0,28 284,6 202,4 Fonte: AASHTO: a Policy on Geometric Design of Highways and Streets. 1994. Obs. Coeficientes de atrito adotados para a condição de pavimento molhado, válidos para pavimentos secos bem deteriorados Df, desejável = f(Vp) Df, mínima = f (VMP) 3x 10x 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM Tempo de Reação = 2,5 s i = inclinação de rampa (subida positiva) Nos trechos em rampa, a componente do peso dos veículos na direção da rampa ajuda o veículo a parar nas subidas e dificulta nas descidas. + 3.3.1 DIST. DE VIS. DE FRENAGEM EFEITO DAS RAMPAS d2 = durante o tempo de ocupação da faixa oposta d1 = distância de percepção e reação, acrescida do tempo para manobra inicial. 3.3.2 DISTÂNCIA DE ULTRAPASSAGEM 1 2 2 2 1 1 1 2 3 3 d2 Du d1 d2 / 3 2 d2 / 3 d3 d4 d3 = distância de segurança entre os veículos (1) e (3) d4 = distância percorrida pelo veículo (4) durante o período que o veículo (1) ocupa a faixa da esquerda t1 = tempo da manobra inicial t2 = tempo de ocupação da faixa oposta a = aceleração média (km/h/s) d1 = durante o tempo de reação e aceleração inicial d2 = durante o tempo de ocupação da faixa oposta d3 = distância de segurança entre os veículos (1) e (3) d4 = distância percorrida pelo veículo (3) durante o período que o veículo (1) ocupa a faixa da esquerda. 3.3.2 DISTÂNCIA DE ULTRAPASSAGEM V2 = constante V1 = V2 + (m = 15 km/h) Expressões: d1 = 0,278 . t1 (V1 - m + (a . t1 / 2)) d2 = 0,278 . V1 . t2 d3 = tabelado d4 = (2 . d2) / 3 [Du = d1 + d2 + d3 + d4] 3.3.2 DISTÂNCIA DE ULTRAPASSAGEM 3.3.2 DISTÂNCIA DE ULTRAPASSAGEM Cálculo das Parcelas da DU e Velocidades Considerados no Modelo Adotado pela AASHTO 3.3.2 DISTÂNCIA DE ULTRAPASSAGEM Valores de DU fixados no Manual do DNER Manual de Projeto Geométrico de Rodovias Rurais do DNER estabelece valores mínimos de projeto recomendados para a DU segundo o mesmo critério geométrico definido pela AASHTO. 3.4 EXERCÍCIOS 1) Calcular as distâncias de visibilidade desejável e mínima para frenagem em uma rodovia com velocidade de projeto de 100 km/h, estando em rampa ascendente de 5%. 2) Calcular as distâncias de visibilidade desejável e mínima para frenagem em uma rodovia com velocidade de projeto de 100 km/h, estando em rampa descendente de 5%. 4 – CURVAS HORIZONTAIS CIRCULARES Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba PIs 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PI1 PI2 PI3 AC O PC PT D 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PI Δ = AC Traçado antes da definição da curva Δ = Deflexão entre os alinhamentos = Ângulo central PI = Ponto de Interseção = Ponto de Interseção entre os alinhamentos 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PC PI Δ PT O . PC = Ponto de curva = Ponto onde inicia a curva circular PT = Ponto de tangente = Ponto onde termina a curva e inicia o trecho reto O = Centro da curva circular 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PC PI Δ=AC AC PT O . AC = Ângulo Central = ângulo formado pelos raios que passam pelo PC e PT que se interceptam no ponto O. É numericamente igual a deflexão. R = Raio da Curva Circular (parâmetro a ser definido) O raio adotado deve ser aquele que melhor se adapte ao traçado do terreno, respeitando os valores mínimos, de forma a garantir a segurança dos usuários que percorrem a estrada na velocidade de projeto. 4.1 GEOMETRIA DA CURVA 2 AC tgRT ].. PCEstPTEstD PC PI Δ=AC AC PT O . D = Desenvolvimento da curva circular = arco compreendido entre PC e PT T = Tangente = Reta que liga PC a PI D T o ACR D 180 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PC PI Δ=AC AC PT O . G = GRAU DA CURVA = Ângulo central correspondente a uma corda de comprimento de 20 metros. D20 m G R G 92,1145 4.1 GEOMETRIA DA CURVA PC PI AC AC PT T Rc G O Circular 20 m . D AC = Ângulo Central G = Grau da Curva D = Desenvolvimento T = Tangente R =Raio da Curva PI = Ponto de Interseção PC = Ponto de Curva PT = Ponto de Tangente O = Centro da curva 2 AC tgRT ].. PCEstPTEstD o ACR D 180 R G 92,1145 4.2 ESTAQUEAMENTO Para locar um ponto do traçado, usamos a estaca como unidade de comprimento. Uma estaca corresponde à extensão de 20 metros. Em alguns casos, como anteprojetos pode-se utilizar uma escala menor (50m). X + X,XX Fração em metrosEstaca Inteira 20 metros = [1+0,00] 1535 metros = [76+15,00] Exemplo 4.3 LOCAÇÃO L G 20 Deflexão para locar um arco de comprimento L: 2 d 40 GL d I A B R R d Triângulo Isósceles d d Chamando de ângulo central que corresponde ao arco de comprimento L, temos que: 20 LG 4.3 LOCAÇÃO Deflexão para locar um arco de comprimento L: 40 GL d PI PC PT R R d Estaca Distância Corda Deflexão Tabela de Locação de uma Curva 5 – CURVAS COM TRANSIÇÃO Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba PIs 5.1 INTRODUÇÃO PI1 PI2 PI3 AC O PC PT D 5.1 INTRODUÇÃO Ao passar um veículo de um ALINHAMENTO RETO a uma CURVA CIRCULAR há uma variação instantânea do raio infinito da retapara o raio finito da curva circular, surgindo bruscamente uma força que tende a desviar o veículo de sua trajetória. Assim, é necessário que exista um trecho com curvatura progressiva, ou seja, um trecho de TRANSIÇÃO da reta para a curva. Curva sem transição R= R= x X Curva com transição X 5.1 INTRODUÇÃO Ao passar um veículo de um ALINHAMENTO RETO a uma CURVA CIRCULAR há uma variação instantânea do raio infinito da reta para o raio finito da curva circular, surgindo bruscamente uma força que tende a desviar o veículo de sua trajetória. Assim, é necessário que exista um trecho com curvatura progressiva, ou seja, um trecho de TRANSIÇÃO da reta para a curva. Curva sem transição R= R= x X R Rvariável RX Y X 45º q P R L O [R . L = K] Clotóide ou Espiral (Raio Variável) Lemniscata [R . p = K] p Y X Parábola Cúbica [y = a . x ] 3 variação linear da curvatura única que possibilita giro constante do volante: C = L / K 5.2 TIPOS DE CURVAS COM TRANSIÇÃO e% circular transição transição tangente tangente a% a% a% a% nível e% e% e% a% a% nível 5.3 VARIAÇÃO DO RAIO Para assegurar o conforto e a segurança nas curvas e reduzir os incômodos da variação brusca da aceleração centrífuga, intercala-se entre a tangente e a curva circular uma CURVA DE TRANSIÇÃO. O raio de curvatura passa gradativamente do valor infinito ao valor do raio da curva circular. R RVARÍAVEL RCURVA O aparecimento de uma força transversal de maneira brusca causa impacto no veículo e em seus ocupantes, acarretando desconforto 5.4 FORÇA CENTRÍPETA Força centrípeta é aquela que altera a direção da velocidade do carro numa curva. R vm FCP ² Durante o trecho curvo acp = aceleração centrípeta = J V R Variação Linear: "sem impacto" Fc L Jmáx Ls, mín Para permitir uma variação contínua da aceleração centrípeta, é necessário um comprimento mínimo (Ls,min) 5.5 COMPRIMENTO DA TRANSIÇÃO Reta R= Desenvolvimento Transição Curva R vm FCP ² Fccurva a) Critério dinâmico: Consiste em estabelecer a taxa máxima de variação da aceleração centrípeta por unidade de tempo, que representaremos por J. (Jmáx = 0,61 m/s²/s) b)Critério de tempo Estabelece o tempo de 2 segundos para o giro do volante, e conseqüentemente para o percurso da transição. cmáx RJ V Ls . 3 min VLs 2min 5.5 COMPRIMENTO DA TRANSIÇÃO Comprimento Desejável Comprimento Máximo O desenvolvimento do trecho circular é nulo dinâmicodes LsLs min,2 180 c máx RAC Ls TS ST TT K PI AC d qs qs Ls Dc O O' AC SC CS p E Rc 5.5 COMPRIMENTO DA TRANSIÇÃO AC = deflexão = ângulo central TT = tangente total TL = tangente longa TC = tangente curva Xs = abscissa do SC e do CS Ys = ordenada do SC e do CS Q = abscissa do centro p = afastamento qs = ângulo central da espiral O´ = centro da circunferência recuperada] Rc = raio da curva circular dc = ângulo central circular Dc = desenvolvimento circular X = abscissa de um ponto genérico (P) Y = ordenada de um ponto genérico (P) q = ângulo até o ponto P E = distância externa 5.6 PARÂMETROS DA CURVA = L / 2 (Ls . Rc)q 2 TS SC s q Ls Xs Ys [dL = R . d ] q [dL = (K / L) . d ]q [d = dL . L / K]q [ = L / 2 K]q 2 5.6 PARÂMETROS DA CURVA Θs = Ângulo da espiral Xs, Ys = Abscissa e ordenada do ponto SC Q = Abscissa do centro TT = tangente total (Marca o TS a partir do PI) O rd e m d o s c á lc u lo s 5.6 PARÂMETROS DA CURVA [qs = (Ls / 2 x Rc)] (onde: Ls - m; Rc - m; qs - rad) [Xs = Ls (1 - qs 2/10 + qs 4/216)] [Ys = Ls (qs/3 - qs 3/42)] (onde: Xs e Ys - m) [Q = Xs - Rc (senqs)] (onde: K - m) (K = Q) [TT = K + (Rc + p) tg(AC/2)] (onde: TT - m) [d = AC - 2qs] (para espirais simétricas) [Dc = D' = d x Rc] (onde: Dc - m) [p = Ys - Rc (1 - cosqs)] (onde: p - m) [E = (Rc + p) / cos(AC/2) - Rc] AC = Ângulo central δ = Ângulo central da curva circular Dc = Desenvolvimento da curva circular Rc = Raio da curva circular p = afastamento E = distância externa O rd e m d o s c á lc u lo s 5.6 PARÂMETROS DA CURVA 5.7 ESTACAS DOS PONTOS NOTÁVEIS Estacas: [SC] = [TS] + Ls [CS] = [SC] + Dc [ST] = [CS] + Ls [TS] = [PI] - TT Conhecida a estaca do PI, temos: 5.8 TABELA DE LOCAÇÃO A locação da curva pode ser feita de DUAS FORMAS: 1) Coordenadas (X, Y), com origem no TS (ou ST), eixo X na direção da tangente. 2) Pelas deflexões (d) em cada ponto. ESTACA L θ X Y DEFLEXÃO TS (ou ST) 0 0 0 0 0 N1 L1 θ1 X1 Y1 d1 N2 L2 θ2 X2 Y2 d2 ... SC (ou CS) Ls θs Xs Ys ds .... 423 .... 21610 1 2 2 3 42 2 qq qq q q LY LX Rc Ls s LsRc L L = distância do Ts (ou ST) ao ponto considerado X y arctgd TS d X Y PI Origem (X=0 no TS) Não esquecer!!! A direção do X é a do TS - PI 5.8 TABELA DE LOCAÇÃO 6 – SEÇÃO TRANSVERSAL Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba 6.1 INTRODUÇÃO Seção Transversal de um determinado ponto do traçado é o corte feito por um plano vertical perpendicular à projeção horizontal do eixo. 6.1 INTRODUÇÃO Seção Tipo definem as dimensões e inclinações-padrão dos elementos que compõem o projeto geométrico. A rodovia pode ter uma ou várias seções tipo, caso ocorram alterações nos elementos básicos do projeto em decorrência de mudanças do tráfego ou das condições físicas do local. 6.1 INTRODUÇÃO Notas de Serviço são seções transversais simplificadas que servem para definir dimensões e cotas dos elementos básicos, fornecendo dados necessários para o Projeto de Terraplenagem. Devem ser elaboradas em todas as estacas inteiras, nos pontos notáveis e nos pontos onde há variação brusca do terreno e outros acidentes. 6.1 FAIXA DE TRÁFEGO É o espaço destinado ao fluxo de UMA CORRENTE DE VEÍCULOS. XXX-1234 c u c L L = u + 2c u = largura do veículo padrão c = espaço de segurança L = largura da faixa de tráfego Obs. Pista de Rolamento É O CONJUNTO DAS FAIXAS DE TRÁFEGO 6.1 FAIXA DE TRÁFEGO XXX-1234 c u c L L = u + 2c c = segurança e conforto $ de construção Faixas de 3,60m são consideradas seguras e confortáveis, esse valor é obtido com u = 2,60m e c = 0,50m 6.1 FAIXA DE TRÁFEGO CLASSE DE PROJETO LARGURA DE UMA FAIXA (m) Topografia da Região plana ondulada montanhosa 0 3,75 3,75 3,60 I 3,60 3,60 3,60 II 3,60 3,60 3,50 III 3,60 3,50 3,30 IV 3,50 – 3,30 3,50 – 3,30 3,30 – 3,00 FONTE: DNER 199. 6.2 ACOSTAMENTOS São espaços adjacentes à pista de rolamento, destinados a paradas de emergência. Com acostamento Sem acostamento Em péssimo estado • Em rodovias de alto padrão são usados acostamentos com 3,50m ou 3,60m. • É desejável que os acostamentos tenham no mínimo 3,00m de largura. Porém em estradas secundárias são utilizados acostamentos com até 1,20m de largura. • Independente da largura, a divisa entre a pista e o acostamento deve ser bem sinalizada. • Criam espaços necessários para que os veículos não parem nas faixas de tráfego. • Servem como áreas de escape para que os veículos possam fugir ou,pelo menos, diminuir os efeitos de possíveis acidentes. • Ajudam na drenagem. DIMENSÕES • Em rodovias de alto padrão : 3,50m ou 3,60m. • É desejável que os acostamentos tenham no mínimo 3,00m de largura. Porém em estradas secundárias são utilizados acostamentos com até 1,20m de largura. • Independente da largura, a divisa entre a pista e o acostamento deve ser bem sinalizada. 6.2 ACOSTAMENTOS CLASSE DE PROJETO LARGURA DOS ACOSTAMENTOS EXTERNOS Topografia da Região plana ondulada montanhosa 0 3,50 3,00 3,00 I 3,50 2,50 2,50 II 3,00 2,50 2,50 III 2,50 2,00 2,00 IV 2,00 2,00 – 1,50 1,50 – 1,20 FONTE: DNER. 6.3 INCLINAÇÕES TRANSVERSAIS Nos trechos em tangente, as pistas são construídas com uma pequena inclinação transversal para garantir o rápido escoamento de águas pluviais. 2,0% é satisfatória para drenagem e quase imperceptível para o motorista. Já os acostamentos devem ter inclinação de 2,0% a 5,0%. acos.pistaacos. 6.3 INCLINAÇÕES TRANSVERSAIS Nos trechos em curva, a pista deverá ter uma inclinação transversal única, estabelecida no cálculo de superelevação. acos.pistaacos. arredondamento e% circular transição transição tangente tangente a% a% a% a% nível e% e% e% a% a% nível 6.3 INCLINAÇÕES TRANSVERSAIS Estradas com Pista Dupla. acos.pistaacos. acos.pistaacos. Canteiro Central 6.3 INCLINAÇÕES TRANSVERSAIS Estradas com Pista Dupla. Separação com canteiro Separação com defensa de concreto seguro ? 6.4 TALUDES LATERAIS Talude íngreme com bancadas Os taludes dos cortes e aterros devem ser suaves, acompanhando o terreno, de forma a dar a estrada um aspecto harmonioso com a topografia do local. Quando os cortes são baixos, não maiores que 5m, o uso de inclinações suaves não implica em aumentos significativos nos movimentos de terra e oferecem melhores condições de visibilidade. Contudo quando os cortes são altos deve se estudar uma inclinação mais íngreme. 6.5 TIPOS DE SEÇÕES De aterro 6.5 TIPOS DE SEÇÕES De corte 6.5 TIPOS DE SEÇÕES De corte Cota do Greide Cota do Terreno 7 – SUPERELEVAÇÃO SUPERLARGURA Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba Vídeo 01 – Traçado antigo de Monza Vídeos 7.1 SUPERELEVAÇÃO SUPERELEVAÇÃO ou SOBRELEVAÇÃO é a inclinação transversal da pista feita com o objetivo de criar uma COMPONENTE PESO do veículo na direção do centro da curva, que somada à FORÇA DE ATRITO, irá produzir a força centrípeta. Ao chegar a uma curva, é preciso que apareça a força centrípeta (força na direção do centro da curva da curva) para que o veículo possa descrever a curva, caso contrário este continuará em movimento retilíneo pelo princípio da inércia. 7.1 SUPERELEVAÇÃO Excesso de Velocidade Pneus Carecas Inércia F C P 7.1 SUPERELEVAÇÃO Velocidade Adequada Pneus em bom estado Superelevação 7.1 SUPERELEVAÇÃO R vm FCP ² Durante o trecho curvo FCP = Fx W e Fcy 7.1 SUPERELEVAÇÃO XXCX FWF Fc W Durante o trecho: SUPERELEVAÇÃO Vídeo 02 – Atrito - Curvas Vídeos Vídeo 03 – Atrito - Chuva 7.2 VALORES LIMITES Uma curva com superelevação excessivamente alta pode provocar o deslizamento do veículo ou mesmo o tombamento se a velocidade for muito baixa ou se o veículo parar. Em rodovias com alta velocidade de projeto é recomendado 10% como valor máximo, podendo chegar até 12%. Onde existe congestionamento de tráfego, os valores de superelevação não devem ultrapassar 6%. Em interseções e dispositivos de canalização de tráfego previstos para velocidade baixas, a superelevação pode ser desprezada. 7.3 SUPERELEVAÇÃO E RAIO RELAÇÃO ENTRE SUPERELEVAÇÃO E O RAIO R = Raio da curva V = Velocidade g = aceleração da gravidade e = superelevação f = fator de atrito 7.4 RAIO MÍNIMO RAIO MÍNIMO R = Raio da curva V = Velocidade g = aceleração da gravidade e = superelevação f = fator de atrito Utilizando V (km/h) R (m) g = 9,81 m/s² 7.5 ESCOLHA DA SUPERELEVAÇÃO PARALELOGRAMA DOS VALORES ACEITÁVEIS Pode-se realizar um gráfico da superelevação (e) em função do grau da curva (G). IMPOSTAS AS LIMITAÇÕES AO COEFICIENTE DE ATRITO E À SUPERELEVAÇÃO, o gráfico fica reduzido a um paralelogramo, sendo que para todos os valores que ficam contidos no seu interior, existe segurança. emáx e G 0 Com Segurança Sem Segurança 7.1 SUPERELEVAÇÃO VARIAÇÃO DA SUPERELEVAÇÃO e% circular transição transição tangente tangente a% a% a% a% nível e% e% e% a% a% nível Processos de Variação: . giro em torno do eixo da pista . giro em torno do bordo interno . giro em torno do bordo externo (mais usado) E BE BI 7.2 SUPERLARGURA SUPERLARGURA 7.2 SUPERLARGURA SUPERLARGURA Ao percorrer curvas horizontais em velocidades normais, os veículos ocupam uma largura da faixa de rolamento superior à ocupada em percurso ao longo de tangentes. Para a ordem de grandeza dos raios de curvatura normalmente adotados no alinhamento horizontal de rodovias, o aumento adicional na largura da faixa ocupada por veículos de passeio percorrendo trajetórias curvas pode geralmente ser desprezado. Para caminhões e ônibus, no entanto, o aumento pode ser significativo, a ponto de tornar impossível aos veículos de maiores dimensões manterem-se dentro da largura normal da faixa de tráfego quando estão percorrendo certas curvas horizontais do traçado. 7.2 SUPERLARGURA SUPERLARGURA L = Largura da pista em tangente; U = Largura do veículo padrão C = espaço de segurança; Lc = Largura da pista no trecho circular ΔU = acréscimo de largura do veículo devido à diferença de trajetórias entre as rodas dianteiras e traseiras; ΔFA = acréscimo de largura devido à diferença entre a borda externa do pneu e a frente do veículo. U S F VEÍCULO PADRÃO a b S F UUF o c 7.2 SUPERLARGURA C U L C U C CU U C C C C U CIRCULAR TRANSIÇÃO TANGENTEZ U F Lc . variação suave e contínua (dentro da transição) . no bordo interno ou igualmente nos dois bordos L = 2 U+ F + Z = Lc - L U = Rc - Rc - S (anel mais largo) 22 F = Rc + F (2 S + F) - Rc (frente do veículo) 2 Z = V / (10 Rc ) (maior dificuldade de operação nas curvas)) 8 – CURVAS VERTICAIS Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba 8.1 INTRODUÇÃO O projeto do alinhamento vertical é tão importante quanto o do horizontal. A rodovia é um ente tridimensional formado por planta e perfil que devem ser estudados em conjunto. 8.2 ALINHAMENTO VERTICAL Inclinações das rampas Comprimento das Curvas Verticais (transição gradual entre duas inclinações distintas). i1 i2 i1 i2 L L 8.2 ALINHAMENTO VERTICAL O GREIDE da estrada é composto por uma seqüência de RAMPAS, concordadas entre si por CURVAS VERTICAIS. O EMPREGO DAS CURVAS ao longo do alinhamento vertical de uma via tem por objetivo promover a TRANSIÇÃO GRADUAL ENTRE RAMPAS DE INCLINAÇÕES DISTINTAS, resultando em um projeto que ofereça segurança e conforto. O PROJETISTA deve sempre que possível usar RAMPAS SUÁVEIS e CURVAS VERTICAIS DE RAIOS GRANDES, para que dessa forma, permitir que os veículos possam percorrer a estrada com VELOCIDADE UNIFORME. 8.2 ALINHAMENTO VERTICAL Terreno Natural Alinhamento HorizontalR1 = 1200m R2 = 955m Ls=60mLs=60m Ls=60mLs=60m 170 175 180 185 190 195 200 205 210 215 Estacas 840 830 820 810 800 Curva Vertical P C V = 1 7 3 + 1 0 ,0 0 C o ta = 8 2 5 ,8 0 m Curva vertical Lv = 420 m P t P T V = 1 9 4 + 1 0 ,0 0 C o ta = 8 2 1 ,6 0 m est. 184 + 0,00 cota = 830,00m F = 3,15 m PIV 8.2 ALINHAMENTO VERTICAL Cotas Estacas Pontos Notáveis Esquema do Alinhamento Horizontal Perfil do Terreno Greide da rodovia Escalas? 8.3 SITUAÇÕES A SE EVITAR 1) Deve-se evitar projetar depressões localizadas em greides longos e uniformes. Tais depressões normalmente decorrem da busca por equilíbrios entre cortes e aterros Ondulações desnecessárias 8.3 SITUAÇÕES A SE EVITAR 2) Deve-se evitar o efeito de separação(absurdo ótico). Esta situação ocorre quando o INÍCIO DE UMA CURVA HORIZONTAL É ESCONDIDO do motorista por um vértice e, ao mesmo tempo, a continuação da curva é visível a uma distância além deste vértice. Perda de visibilidade de um trecho da rodovia. Efeito de Separação. 8.4 BOAS COORDENAÇÕES De forma geral, há um aspecto visual agradável quanto as curvas dos alinhamentos horizontal e vertical coincidem Boa Coordenação entre alinhamentos com curvas Coincidentes ou Opostas Vértices praticamente coincidentes Cria-se um efeito de curvas em S tridimensional 8.5 VISTAS EM PERSPECTIVA A COMBINAÇÃO DOS ALINHAMENTOS permite ao motorista uma VISÃO CLARA do traçado, evitando-se surpresas ao condutor. Alguns países, como a Alemanha, fundamentam a análise de projetos em perspectivas tridimensionais. RAMPAS 8.6 RAMPAS Serra do Rio do Rastro – Santa Catarina – SC -438 Redução da velocidade dos caminhões 8.6 RAMPAS Veículos de passeio conseguem vencer rampas de 4% a 5% com perda de velocidade muito pequena. Em rampas de até 3%, praticamente não perdem velocidade. Em rampas de 7% de inclinação, caminhões médios conseguem manter velocidades da ordem de 25 km/h, já caminhões pesados, apenas velocidades da ordem de 15 km/h. 8.6 RAMPAS Classe de Projeto Relevo Plano Ondulado Montanhoso 0 3 4 5 I 3 4,5 6 II 3 5 6 III 3 5 a 6 6 a 7 IV 3 5 a 7 6 a 9 Inclinação Máxima das Rampas DNER (1999) Rampas Mínimas nos Cortes: 1% (drenagem) Para rampas curtas, as inclinações podem ser acrescidas de 1% a 2% CURVAS VERTICAIS 8.7 CURVAS VERTICAIS (+) côncava (-) convexa X Y Lv / 2 Lv / 2 PCV PTV PIV i1 (+) i2 (-) Lv Lv = Rv . δi Parábola Simples com Eixo Vertical: (dy/dx = linear) δi = i2 - i1 8.7 CURVAS VERTICAIS Lv = Rv . δi Rv: menor raio da parábola (no vértice) (δi / Lv): variação do inclinação por unidade de comprimento K=(Lv / δi): distância horizontal necessária para variação de 1% na inclinação do greide. Lvmín = f (distância de visibilidade para frenagem) ≥ 0,56 Vp [Lvmín: m e Vp: Km/h] CURVAS VERTICAIS: Comprimento Mínimo 8.8 COMPRIMENTO MÍNIMO 25,4 2 min fi D Lv d i fDLv d 25,4 2min Lv > Df : Lv < Df : h1 h2 S = Df Lv h1 h2 S = Df Lv h1 = 1,15 m h2 = 0,15 m (vista do motorista) (altura do obstáculo) 1) Veículo e obstáculo sobre a curva vertical: 2) Veículo e obstáculo nas rampas: 8.8 COMPRIMENTO MÍNIMO Visibilidade Noturna S = Df Lv h1 h1 = 0,75 m (altura dos faróis) o (ângulo de abertura do feixe luminoso) )035,05,1( 2 min f fi D D Lv d i f f D DLv d 035,02,1 2min Lv > Df : Lv < Df : 8.9 EQUAÇÃO DA CURVA Y = a² . X + b . X + c Y XX c b . X a . X² B.X Y (tangente) Na origem (PCV): x = 0, y = 0 c = 0 (dy/dx = i1) i1 = 2 . a (x = 0) + b b = i1 No fim da curva (PTV): x = Lv (dy/dx = i2) i2 =2 . a (x=Lv) + i1 a = δi / 2 . Lv PCV PTV 8.9 EQUAÇÃO DA CURVA Lv / 2 Lv / 2 M VF PIV PTV PCV Lo f Y X i1 i2 L Y = (δi / 2 . Lv) . L² + i1 . L Estacas: PCV = PIV - Lv / 2 Cotas: PCV = PIV - i1 . Lv / 2 PTV = PIV + Lv / 2 PTV = PIV + i2 . Lv / 2 9 – INTRODUÇÃO TERRAPLENAGEM Tecnologias Viárias de Estradas de Rodagem Eng. David Grubba ANTES Superfície Natural DEPOIS Superfície Projetada 9.2 EQUIPAMENTOS EscavadeirasMoto niveladoras 9.2 EQUIPAMENTOS Unidades de Transporte Compactadores 9.3 CÁLCULO DAS ÁREAS • Seções: aterro, corte e mista • Cálculo das Áreas: • Divisão em Figuras Geométricas Conhecidas • Fórmula de Gauss (fácil de programar) • Programas CAD 9.4 CÁLCULO DE VOLUMES • CÁLCULO DE VOLUMES: somatório de uma série de pequenos volumes, compreendidos entre duas seções consecutivas • HIPÓTESE: variação linear do terreno entre seções consecutivas; aceitável quando estaca = 20 m Área média entre duas seções L AA V ii 2 1 VOLUME entre duas seções transversais 9.4 CÁLCULO DE VOLUMES • CÁLCULO DE VOLUMES: Programas Computacionais que subtraem a superfície projetada da superfície do terreno. Autodesk Civil 3D Bentley Inroads 9.5 DISTRIBUIÇÃO DO MATERIAL • COMPENSAÇÃO DE VOLUMES: Sempre que possível o material escavado nos cortes deve ser aproveitado nos aterros. • BOTA-FORA: Quando o material escavado não poder ser aproveitado deve ser descartado, de forma apropriada, em um local conveniente. • EMPRÉSTIMO: Quando o material escavado dos cortes é insuficiente para a construção dos aterros, efetuamos uma escavação em um local próximo à obra. 9.5 DISTRIBUIÇÃO DO MATERIAL • REDUÇÃO: Quando o material escavado nos cortes é utilizado nos aterros, é necessário que seja compactado para atingir uma densidade suficiente. Como a densidade do solo compactado é maior do que o solo natural, ocorre uma redução do volume escavado. • Chamamos de REDUÇÃO a diferença relativa entre o volume natural (Vnatural) do corte e o mesmo volume depois de compactado no aterro (Vcompactado ou Vreduzido) natural compactadonatural V VV R 9.5 DISTRIBUIÇÃO DO MATERIAL natural compactadonatural V VV R
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